【正文】 蹲底，不但會造成電梯機械部件損壞，還可能出現(xiàn)人身事故。 但是，電梯繼電器控制系統(tǒng)存在很多的問題：系統(tǒng)觸點繁多、接線線路復雜，且觸點容易燒壞磨損，造成接觸不良，因而故障率較高；普通控制電器及硬件接線方法難以實現(xiàn)較復雜的控制功能，使系統(tǒng)的控制功能不易增加，技術水平難以提高；電磁機構及觸點動 作速度比較慢，機械和電磁慣性大，系統(tǒng)控制精度難以提高；系統(tǒng)結構龐大，能耗較高，機械動作噪音大；由于線路復雜，易出現(xiàn)故障，因而保養(yǎng)維修工作量大，費用高，而且檢查故障困難，費時費工。因此， PLC 控制技術加變頻調速技術己成為現(xiàn)代電梯行業(yè)的一個熱點。鑒于其種種優(yōu)點，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被 PLC 控制所代替。但是，進入九十年代，隨 著科學技術的發(fā)展和計算機技術的廣泛應用，人們對電梯的安全性、可靠性的要求越來越高，繼電器控制的弱點就越來越明顯。 電梯 主拖動系統(tǒng)方案圖見附圖 12。 無噪聲機房和小噪聲運行，大大降低了對環(huán)境的影響。新技術、新材料的應用，加強了電梯 機械部件的耐磨損程度，提高了機械可靠性 。 維護方便。 自學習井道信息功能。 準確的平層精度。 利用率高。超小型的機房全電腦控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的機房控制系統(tǒng)相比，體積減少 1/2以上，重量大大減輕。全電腦控制的調節(jié)調頻調速 (VVVF)系統(tǒng)，不僅性能優(yōu)異、 功能齊全、質量可靠，而且具有優(yōu)異的節(jié)能效果，與目前同規(guī)格的 ACVV 相比，節(jié)能約 40%，并可使用戶電源容量也大量減小。高速運行，最佳召喚應答處理和分配方式，根據(jù)乘客人流情況快速反應自動調節(jié)，使電梯運行迅速、合理，最大限度地縮短乘客候梯時間，使電梯運行效率得到充分發(fā)揮。理想的電梯運行速度曲線，根據(jù)人體生理適應能力由高性能的微電腦設計而成，采用矢量控制技術對交流電動機進行精確調節(jié)，使電梯運行極其平衡、舒適。倘若井道內某個安全裝置出現(xiàn)故障，電腦將保護不沖頂、不蹲底、不關人。 安全可靠。 VVVF 控制的電梯相對于交流雙速電梯、交流調壓調速電梯 (ACVV)都有十分突出的優(yōu)點。 VVVF 電梯，采用交流單速電動機，通過對交流電動機調節(jié)供電電壓、供電頻率來調節(jié)電動機的轉速達到線性化，將交流電動機轉速運行曲線線性段區(qū)域擴大。 它的體積小 ， 重量輕 ， 效率高 ， 節(jié)省能源等幾乎包括了以往電梯的所有優(yōu)點 。 VVVF變頻變壓調速拖動系統(tǒng) 80 年代初 ， VVVF 變頻變壓系統(tǒng)控制的電梯問世 。 如 ： 機房占地節(jié)省 35%， 重量減輕 40%， 節(jié)能 25%到 35%。 可控硅直接供電拖動系統(tǒng) 可控硅直接供電拖動系統(tǒng)在工業(yè)上早有應用 ， 但用于電梯上卻要解決舒適感問題 。 直流發(fā)電機 電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng) 直流電動機具有調速性能好 ， 調速范圍大的特點 ， 因此很早就應用于電梯 ， 采用發(fā)電機 電動機組形式驅動 。 這種系統(tǒng)采用可控硅閉環(huán)調速 ， 加上能耗或渦流等制動方式 ， 使得它所控制的電梯能在中低速范圍內大量取代直流快速和交流雙速電梯 。 這種系統(tǒng)控制的電梯速度在 1米 /秒以下 。 單 、 雙速交流電動機拖動系統(tǒng)采用開環(huán)方式控制 ， 線路簡單 ， 價格較低 ， 因此目前仍在電梯上廣泛應用 。到目前為止應用于電梯的拖動系統(tǒng)主要有： (1)單 、 雙速交流電動機拖動系統(tǒng) ； (2)交流電動機定子調壓調速拖動系統(tǒng) ；(3)直流發(fā)電機 電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng) ； (4)可控硅直接供電拖動系統(tǒng) ； (5)VVVF變頻變壓調速拖動系統(tǒng) 。拖動系統(tǒng)的優(yōu)勢直接影響電梯 的起動，制動加減速度，平層精度，乘坐的舒適性等指標。 門機拖動系統(tǒng)方案圖見附圖 11。這就要求電動機控制系統(tǒng)具有精度高、響應快、魯棒性好、計算簡單等特點。 某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設計 13 綜上所述， 電梯門機是電梯的重要組成部分，是電梯系統(tǒng)中動作最頻繁，也是直接面對乘客的部分。伺服系統(tǒng)控制器的制造上，結構日趨小型化，采用多單元組合構成多坐標軸控制器，可靠性進一步提高，便于維護及擴充。伺服系統(tǒng)中所用的位置與速度傳感器由單一功能向多功能一體化方向發(fā)展。實時完成復雜的控制算法 ； 精確而快的 PWM 輸出 ； 能滿足要求增加功能和智能的需求 ； 性能價格比高 。DSP 具有超強的數(shù)據(jù)處理能力和很快的數(shù)據(jù)處理速度，由 DSP 來實現(xiàn)控制算法，大大的簡化了硬件，降低了成本，提高了系統(tǒng)的控制精度和可靠性。傳統(tǒng)的基于單片機的電機控制系統(tǒng)，需要較多的外部硬件，運算速度不高，難以實現(xiàn)一些較為復雜的控制算法，實時性很難得到保證，因而隨著對控制性能越來越高的要求和控制方法復雜度的提高已經(jīng)很難適應實際的要求。交流伺服系統(tǒng)全數(shù)字化之后不僅使其控制系統(tǒng)的體積大大縮小，可靠性明顯提高，而且還便于一些自適應控制等先進控制策略的實現(xiàn)，極大增強了 AC 伺服系統(tǒng)設計與使用的柔性，可滿足高精度數(shù)控機床、機 器人、特種加工裝備精細進給的需要，代表 AC 伺服系統(tǒng)的發(fā)展水平和主導方向。 (3) 伺服系統(tǒng)向著全數(shù)字化的方向發(fā)展。隨著高性能的微處理器應用于 AC 伺服系統(tǒng)，在控制上由通常所采用的 PID 控制規(guī)律，開始轉向現(xiàn)代控制理論，如 自適應控制、人工智能、模糊控制、變結構控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡等新型控制系統(tǒng) 。 (2) 高性能控制策略廣泛應用于交流伺服系統(tǒng)。永磁同步電機具有體積小、重量輕、功率密度大、效率高、轉子消耗小等一系列優(yōu)點，在醫(yī)療器械、儀器儀表、化工輕紡以及家用電器等方面正得到日益廣泛的應用，并且成為新一代的航空，航天和航海用電機，加上我國又是永磁材料的生產大國。 四、 PMSM 伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及意義 永磁同步（ PMSM） 伺服驅動技術是一門包含著豐富內容的綜合性技術，自世界上第一臺伺服控 制系統(tǒng)出現(xiàn)以來，伺服驅動技術就一直不斷發(fā)展，尤其是各種現(xiàn)代控制理論的產生和廣泛的具體應用，一方面為高性能伺服驅動系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)，另一方面也使高性能伺服系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化、智能化、微型化成為可能。國內在這方面的研制工作也取得了長足的進步，目前己有全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)的系列產品問世。因此， 采用高性能數(shù)字信號處理器的全數(shù)字交流永磁伺服系統(tǒng)是交流伺服系統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一 。在極端環(huán)境溫度條件下，仍具有良好的穩(wěn)定性和線性性，可提供可預計的輸出特性。它的指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆 以上，且具有適合于矩陣運算的指令 ，可實時產生平滑的參考信號，適應不同的控制要求，完成系統(tǒng)速度環(huán)、 電流環(huán)以及位置環(huán)的精密快速調節(jié)和復雜的矢量控制算法，并產生高分辨率的 PWM 輸出 。近幾年，在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中已采用高速數(shù)字信號處理芯片(Digital SignalProcesso:簡稱 DSP )。通過微機控制，可使電機的調速某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設計 11 性能有很大的提高，使復雜的矢量控制得以實現(xiàn)，大大簡化硬件，降低成本，提高控制精度，還能具有保護、顯示、故障監(jiān)視、自診斷、自調試及自復位等功能。為此，結合控制理論新的發(fā)展，引進一些先進的“復合型控制策略”以改進 PMSM 伺服系統(tǒng)控制性能。 三、 PMSM 伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 縱觀 PMSM 伺服系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，國內外在圍繞提高 PMSM 性能及性價比目標從不同角度著手進行了大量的研究和實踐，并取得了一些令人可喜的成果 ； 尤其是近年來圍繞提高其伺服控制器 性能目標在系統(tǒng)控制策略上作了大膽的探索和研究，提出了一些新的思路，采用了一些具有智能性的先進控制策略并取得了一些具有實用性意義的成果。盡管 BLDCM 有調速系統(tǒng)位置傳感器簡單、成本較低 、材料利用率高、控制簡單等優(yōu)點，但由于其原理上存在固有缺陷，使得轉矩脈動較大，鐵心附加損耗較大，因此只適用一般精度及性能要求低的場合 。 根據(jù)逆變器組成器件和工作方式的不同， 可將自控式永磁同步電機作如下簡單分類 ： 一類電機為晶閘管無換向器電機，又稱為負載換向同步電機調速系統(tǒng) ： 另一類電機稱為自控式永磁同步電動機或者永磁無刷直流電動機。他控式變頻調速系統(tǒng)中所用的變頻裝置是獨立的，其輸出頻率直接由速度給定信號決定，屬于速度開環(huán)控制系統(tǒng)。開發(fā)硬件體積小、運行可靠、開關快速性、智能化更高、易維護的門機控制系統(tǒng)是勢在必行的，發(fā)展永磁同某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設計 10 步電動機控制系統(tǒng)是一大趨勢，它不僅能實現(xiàn)了門機的全電動控制 (包括檢測門位移參數(shù)的閉環(huán)控制 )，而且開關門無碰撞、噪聲小，開關速度快 ； 另外相對于數(shù)控機床方面伺服控制系統(tǒng)，伺服控制精度不要求那么高，成本也相對低很多 ； 同時也采用了限位開關位置檢測和光幕傳感器，起到多重保護功能 ； 最后很容易實現(xiàn)門機堵轉力矩保護，實現(xiàn)多重保護措施，安全性和可靠性相當高。然而，據(jù)統(tǒng)計，電梯故障的 75%出在轎門處，即電梯門控系統(tǒng)。 正是 在這一背景下，電梯技術的門控電機也逐漸向永磁無刷化方向發(fā)展。 表 11 三種 伺服系統(tǒng)控制方案比較 伺服系統(tǒng) 直流伺服系統(tǒng) 永磁同步伺服系統(tǒng) 異步交流伺服系統(tǒng) 電機結構 有電刷和換向器，結構復雜 比較簡單 簡單 最大轉矩約束 整流火花，永磁體退磁 永磁體退磁 無特殊要求 發(fā)熱情況 轉子發(fā)熱，不利 只有定子線圈發(fā) 熱，有利 定轉子均發(fā)熱， 需要采取措施 高速化 稍有困難 比較容易 容易 大 容量化 難 稍微困難 容易 制動 容易 容易 較容易 控制方法 簡單 稍復雜 復雜 磁通產生 永磁體 永磁體 二次感應磁通 環(huán)境適應性 受火花限制 好 好 維護性 較麻煩 無需保護 無需保護 以上分析可以看出，在工業(yè)應用及民用中，永磁 同步 電動機在快速性、可控性、可靠性、體積小、重量輕、節(jié)能、效率、耐受環(huán)境和經(jīng)濟性等方面具有明顯優(yōu)勢?？梢院敛豢鋸埖卣f，永磁同步電動機己從小到大，從一般控制驅動到 高精度的伺服驅動，從人們日常生活到各種高精尖的科技領域作為最主要的驅動電機出現(xiàn)，而且前景會越來越明顯。家用電器中永磁電機取代異步電機的地方也不少，如空調器己開始用永磁直流無刷電動機帶動空調壓縮機和通風機，洗衣機用永磁直流無刷電動機帶動洗衣桶旋轉等。數(shù)控和精密某大型商廈觀光電梯的電氣控制系統(tǒng)設計 9 機床也大量應用永磁電機 。永磁電機幾乎遍 及航空，國防，工農業(yè)生產和 日常生活的各個領域。這種理論的主要思想是將交流電機電樞繞組的三相電流通過坐標變換分解成勵磁電流分量和轉矩電流分量，從而將交流電動機 模擬 成直流電動，獲得與 直流電動機 一樣良好的動態(tài)調速特性。它們的飛速發(fā)展促進了電機控制理論的發(fā)展與創(chuàng)新。計算機技術的應用除了實現(xiàn)復雜控制規(guī)律，便于故障監(jiān)視、診斷 和保護等功能外，還可以用于計算機輔助分析和數(shù)字仿真。隨著電子技術的發(fā)展，各種集成化的數(shù)字信號處理器 (DSP)發(fā)展很快，性能不斷改善，軟件和開發(fā)工具越來越多，數(shù)字式控制處理芯片的運算能力和可靠性得到了很大提高，出現(xiàn)了專門用于電機控制的高性能、低價位的 DSP。對最新的自同步永磁同步電動機，高性能電力半導體開關組成的逆 變電路是其控制系統(tǒng)中必不可少的功率環(huán)節(jié)。 70年代出現(xiàn)了通用變頻器的系列產品，為交流電機的變頻調速創(chuàng)造了條件。自 1958 年世界上第一個功率半導體開關晶閘管發(fā)明以來，電力電子元件已經(jīng)歷了第一代半控式晶閘管，第二代有自關斷能力的半導體器件、第三代復合場控器件直至 90 年代出現(xiàn)的第四代功率集成電路 IPM。當今中小功率的同步電動機絕大多數(shù)已采用永磁式結構。 永磁材料的發(fā)展極大地推動了永磁同步電動機的開發(fā)應用。隨著電子技術的進步，電子工業(yè)的發(fā)展，電子元器件的價格不斷下降。在所有類型電機中，永磁 同步 電動機的損耗最小、效率最高。而且，從提高效率，節(jié)約能量方面看，永磁 同步 電機也有優(yōu)勢。這些缺陷在電梯實際運行中就表現(xiàn)為電梯門開關不正常，維護工作量大等困擾操作人員的問題，進一步可造成嚴重經(jīng)濟損失甚至人身傷害。除整套系統(tǒng)的成本較高外，前者雖然體積小，壽命長，但控制較復雜，對控制系統(tǒng)中的 處理器性能要求較高，而且如果為同步電機，在帶載情況下還易出現(xiàn)失步現(xiàn)象。 當前，電梯門機控制系統(tǒng)主要有由交流電機及其 VVVF 調速系統(tǒng)構成的， 也有少數(shù)由直流電機及其調速系統(tǒng)構成的。 在交流電網(wǎng)上，因異步電動機具有結構簡單，工作可靠、壽命長、成本低，保養(yǎng)維護簡單等優(yōu)點，所以長期以來，在 不要求調速的場合，異步電動機占有主導地位，例如風機、水泵、普通機床的驅動中，人們廣泛使用交流異步電動機來拖動機械工作。但是由于直流電動機結構復雜、成本高、故障多、維護困難且工作量大，經(jīng)常因火花大而影響生產 ； 機械換向器的換向能力限制了電動機的容量、電壓和速度 。 目前 有 三大類 門機拖動 系統(tǒng) ： 直流電動機 門機 拖動 系統(tǒng)、異步電動機 門機 拖動 系統(tǒng)、永磁同步 門機 拖動 系統(tǒng)。因 此在實際應用中需要一個運行安全可靠、性能穩(wěn)定的電梯門機控制系統(tǒng)，其設計就顯得尤為重要。 門機拖動系統(tǒng) 方案 設計 電梯門機 拖動系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)，相對整個電梯系統(tǒng)來說， 是不容忽視的。 因為門的保持時間過長，會影響電梯的運行效率，而保持時間過短又不能保證乘客全部安全的進入轎廂。 圖 電梯門機運行速度曲線 以上簡要敘述了電梯門系統(tǒng)的組成和功能。在 t6時刻，轎廂門實 際已經(jīng)關閉。此時，如果有乘客在轎廂門前一定距離內或者在門扇中間阻擋轎廂門的關閉，則電機得到一個脈沖信號，則電機提前進入減速階段，如t3t4時刻